Фильтр с переключаемыми конденсаторами

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции в радиоприемных системах. Целью изобретения является расширение динамического диапазона. Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит два операционных усилителя (ОУ) 1 и 2, десять конденсаторов 3-12, семь переключателей 12-19. При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора 11 статическое напряжение, образующееся на неинвертирующих входах ОУ 1 и 2, равно статическому напряжению на их инвертирующих входах и компенсирует это напряжение, в результате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее за счет инжекции канальных зарядов, но и смещение самих ОУ. Уменьшение уровня тактовой помехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми конденсаторами применяется без аналогового пост-фильтра. Увеличение динамического диапазона сверху осуществляется за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, что приводит к усложнению фильтра. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 1 594 (51)5 Н 03 Н 11/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fNHT СССР

1 (21) 4350055/24-09 (22) 25. 12. 87 (46) 30. 11. 90, Бюл, И - 44 (72) Н. С. Гаврилов и Ю. Т, Белоус (53) 681. 335 (088, 8) (56) IEEE Transactions on circuits, -and Systems. Vol. CAS-27, У 6, 1980, р. 470, fig.2. (54) ФИЛЬТР С ПЕРЕКЛЮЧАИЯМИ КОНДЕНСАТ0РАМН (57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиоприемных систем. Целью изобретения является расширение динамического диапазона. Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит два операционных усилителя (ОУ) 1 и 2, десять конденсаторов 3-12, семь переключателей 1 219. При соответствующем выборе номи2 нала девятого конденсатора 11 статическое.напряжение, образующееся на неинвертирующих входах ОУ 1 и 2, равно статическому напряжению на их инвертирующих входах и компенсирует это напряжение, в результате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее за счет инжекции канальных зарядов, но и смещение самих ОУ. Умень шение уровня тактовой помехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми конденсаторами применяется без аналогового пост-фильтра. Увеличение динамического диапазона сверху осуществляется за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, что приводит к усложнению фильтра, 1 ил, 1 610594

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиоприемных устройств °

Цель изобретения — расширение дина5 мического диапазона.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема фильтра с переключаемыми конденсаторами.

Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит первый операционный усилитель 1, второй операционный усилитель 2, первый конденсатор 3, второй конденсатор 4, третий конденсатор 5, четвертый конденсатор 6, пятый конденсатор 7, шестой конденсатор 8, седь. мой конденсатор 9, восьмой конденсатор 10, девятый конденсатор 11, десятый конденсатор 12, первый переключа- 20 тель 13, второй переключатель 14, третий переключатель 15, четвертый переключатель 16, пятый переключатель 17, шестой переключатель 18 и седьмой переключатель 19.

Фильтр с переключаемыми конденсаторами работает следующим образом, Входной информационный сигнал поступает на вход фильтра, Одновременно на управляющие входы переключателей поступает сигнал тактировки в виде бинарной последовательности. При этом управляющие тактовые импульсы, проходящие по паразитным цепям переключателей, воздействуют на инвертирующие входы первого и второго операционных

35 усилителей 1 и 2 и вызывают появление тактовой помехи на выходе фильтра, а инжектирование заряда из каналов MOIIтранзисторов переключателей в седьмой

40 конденсатор 9, шестой конденсатор 8 и восьмой конденсатор 10 создает постоянное смещение на инвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, которое передается

45 на выход фильтра. В это же время на неинвертирующие входы первого и второ-, го операционных усилителей 1 и 2 через паразитные цепи шестого и седьмого переключателей 18 и 19 поступают управляющие импульсы и постоянное сме50 щение, образующееся за счет инжекции канальных зарядов этих переключателей в девятый конденсатор 1!. При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора ll статическое напряжение, образующееся на неинвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, равно статическому

К(Е) (-К К +К р) 6) 1Ят е частота, Гц; — период дискретизации, с; где Z =

Ю =

Т напряжению на их инвертирующих входах . и компенсирует это напряжение, в ре- .. зультате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее эа счет инжекции канальных зарядов, но и смещение самих операционных усилителей.

Величина девятого конденсатора 11 в зависимости от количества задействованных конденсаторов в схеме составляет 0,5-1,2 восьмого конденсатора.

Тактовые импульсы, проходящие через емкостный делитель, образованный паразитными емкостями переключателей и, конденсатором 12, подаются на неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей и 2 и частично компенсируют паразитные импульсы, проникающие на выход фильтра через инвертирующие входы ОУ. Величина десятого конденсатора 12 при этом составляет величину порядка величины четвертого конденсатора 6.

В фильтре с переключаемыми конденсаторами статическое напряжение смещения может быть полностью устранено (скомпенсировано) « а уровень тактовой помехи уменьшен на 20-30 дБ; при этом происходит увеличение динамического диапазона обрабатываемых сигналов сверху за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, причем это увеличение тем значитель" нее, чем сложнее фильтр, состоящий иэ биквадратных звеньев предложенной конструкции, Уменьшение уровня тактовой « помехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми конденсаторами приме" няется без аналогового пост-фильтра, Передаточная функция в Z-плоскости предложенного устройства имеет вид .

1610594

С8/С4, С„/С,;

4 реключателей фильтра с ПК);:>

К

К8 = С /С4: где s = j g,= p/f>

Z — 1

Подставляя значение s в выражение для H(s), имеем передаточную функцию биквадратного звена в 2-плоскости

20 с

f ».l2. ° т

2m(a0-az)Z + m(ao а,+аг) -l)Z + m(l + b — b<

1 25

1+ о +Ь

Приравнивая коэффициенты п1Ь Z u свободные члены в выражениях для K(Z) и H(Z), полагая для упрощения К = К получаем для коэффициентов фильтра с переключаемыми конденсаторами:

К =а. —; ь, + а,)3 35

2 шь0», К6 =Ъ

4ь, К =2a-—

1 01

К9 = ш(а0+ а, К4 2 mb0, К>

Формулы, связывающие передаточные функции фильтра с переключаемыми кон- 40 денсаторами в Z и Р плоскостях, т,е. формулы для расчета коэффициентов К фильтра с ПК по заданным коэффициентам а и Ъ биквадратного звена, для четырех основных применений фильтра 4 приведены в таблице.

Формула для расчета коэффициентов фильтра с ПК, С т =„1,22 пФ. передаточная функция биквадратного звена в s-плоскости имеет вид

2 +

Н() — as +а,. +а0

3 + Ь<з+ ЬО нормированная комплексная частота; комплексная частота (в установившемся режиме р= jM); частота дискретизации, Гц (частота коммутации пе2 ш(а<»+а „+аа) 2 + () — :,— р

Пример. Требуется рассчитать полосовое звено с ПК по следующим параметрам:

1. Центральная частота f 1 кГц

2. Добротность Q = 10

3. Коэффициент передачи на резо- нансе Кпо

4. Частота дискретизации (тактировки) f . = 100 кГц. а» ° а(ая

b>. » Ь (— ко эффициенты, o(»ределяющие вид частотной характеристики звена.

Связь между коэффициентами переда-. точной функции фильтра с переключаемыми конденсаторами K(Z) и биквадратного звена H(s) устанавливается с помощью билинейного преобразования

Пользуясь формулами для звена 2-ro порядка находим коэффициенты биквадратного звена в s-плоскости:

Ь =Q. = = 1,5791 10 т 2о (() 0

Ь = — = = 1,2566 10

q qf5 а = К„b = 1,2566-10

Пользуясь формулами, приведенными в таблице, получим:

К (= 0; К = 0,09856; К = 0,0122;

К4 = 0,2478; К = 0,2478;

К = 0,096.

Выбирая интегрирующие емкости второго 4 и четвертого 6 конденсаторов одинаковыми и равными, например, 100 пФ, для конденсаторов полосового звена имеет:

С9 0; СЗ 9 856 пФ; С4= 100пФ;

С = 9,86; С8 = 24,78 пФ;

С(о 24,78 пФ; С6 100 пФ;

Величина девятого конденсатора ll выбирается равной 0,516 величины шес-

7 1610594 в

Рехекторный фильтр (РФ) Коэффициенты

Фильтр верхних частот (ФВЧ) Полосовой фильтр (ПФ) гав ь О о

1 р — к, о

m(aa+ а ) к, mea шаа

2 mb, г4ь, г»1 ь, г 4ь, г 1ь, г 1пй г mb, г mbр ь;ф

П р и н е ч а н Н е m 1+Ь + Ь . +ь, + ь, 1 того конденсатора 8 для ПФ и ФВЧ и

1,14 величины шестого конденсатора 8 для ФНЧ и РФ. Величина десятого кон, ценсатора 12 выбирается равной (0,51,0) величины четвертого конденсато5 ра 6, В данном примере С и = 12,79 пФ; ,С =ЬОпФ, Формула изобретения

Фильтр с переключаемыми конденсаторами, содержащий первый операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усили- 15 теля, инвертирующий вход первого опе,рационного усилителя подключен к первым выводам первого, второго и третьего конденсаторов, второй вывод третьего конденсатора срединен с выходом второго операционного усилителя, с инвертирующим входом которого соединены первые выводы четвертого и пятого конденсаторов, второй вывод четвертого конденсатора является выхо- 25 дом фильтра с переключаемыми конден,саторами, входом которого являются вторые выводы первого и пятого кон— денсаторов, а вторые выводы четвертого и второго конденсаторов соединены соответственно с выходами второго и первого операционных усилителей, нормально замкнутые контакты первого и

/ второго переключателей соединены соответственно с первым и вторым выво35 дами третьего конденсатора, йормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей соединены с общей шиной, а их подвижные контакты соединены соответственно с первым и вторым выводами шестого конденсатора, первый вывод которого соединен с первым выводом седьмого конденсатора, второй вывод которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с вторым выводом первого конденсатора и общей шиной, при этом нормально замкнутые контак/ ты четвертого и пятого переключателей соединены соответственно с выходом первого операционного усилителя и общей шиной, а их нормально разомкнутые контакты соединены соответственно с общей шиной и первым выводом четвертого конденсатора, при этом подвижные контакты четвертого и пятого переключателей соединены с вторым и первым выводами восьмого конденса- .

l тора, о тличающий ся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, введены девятый и десятый конденсаторы, шестой и седьмой переключатели, подвижные контакты которых соединены соответственно с первым и вторым выводами девятого конденсато- ° ра, нормально замкнутый контакт шестого и нормально разомкнутый контакт седьмого переключателей соединены с первым выводом десятого конденсатора и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод десятого конденсатора, нормально ра". зомкнутый контакт шестого и нормально замкнутый контакт седьмого переключателей соединены с общей шиной,